Материал: 4530

12

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ, ПЛАСТИЧНОСТИ,

УДАРНОЙ ВЯЗКОСТИ МЕТАЛЛОВ

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1.1. Изучить два основных метода определения твердости металлов в ма-

шиностроении – метод Бринелля (ГОСТ 9012-59, ИСО 6506-81, ИСО 410-82)

и метод Роквелла (ГОСТ 9013-59, ИСО 6508-86).

1.2. Получить навыки измерения твердости металлов по методам Бринел-

ля и Роквелла.

1.3. Изучить варианты стандартных обозначений чисел твердости метал-

лов по Бринеллю и Роквеллу для различных условий испытаний образцов или изделий, а также уметь воспроизводить эти обозначения на чертежах и в тек-

стовых документах (пояснительных записках) курсовых работ, курсовых и ди-

пломных проектов, в отчетах о производственных практиках, в производствен-

ной конструкторской и технологической документации.

2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТВЕРДОСТИ МЕТАЛЛОВ

Твердость металла – это сопротивление, которое оказывает металл,

проникновению в него другого более твердого тела (индентора).

Измерение твердости является наиболее простым и быстрым видом меха-

нических испытаний металлов, при котором не происходит разрушение образ-

цов или изделий. Этот вид испытаний широко применяется в металлургии и машиностроении для контроля качества металлов на образцах, полуфабрикатах и готовых изделиях после различных видов их обработки.

Существующие методы измерения твердости делятся на несколько групп:

вдавливание одного тела в другое; царапание одного тела другим; отскакивание стандартного бойка при падении с определенной высоты на поверхность испы-

туемого материала; магнитные; электрические и другие. При измерении твер-

13

дости металлов самое большое распространение получили статические методы вдавливания, когда твердый индентор, имеющий определенную форму (шарик,

конус, призма) плавно вдавливается в испытуемый металл под действием за-

данного усилия. Величина этого усилия должна обеспечивать не только упру-

гую, но и пластическую деформацию металла в месте вдавливания индентора.

После снятия усилия измеряют глубину отпечатка или его поперечный размер

(диаметр, диагональ) и путем расчета определяют число твердости металла.

Методы вдавливания позволяют определить:

1.Макротвердость металлов – при усилиях на индентор больше 3 кгс.

2.Твердость металлов при малых нагрузках – при усилиях на инден-

тор от 0,2 до 3 кгс.

3. Микротвердость металла –при усилиях на индентор до 0,2 кгс.

3. ОСНОВНЫЕ УСЛОВИЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТВЕРДОСТИ МЕТАЛЛОВ ПО МЕТОДУ БРИНЕЛЛЯ

Данный метод измерения твердости металлов предложен шведским ин-

женером Ю.А. Бринеллем в 1900 г. и значительно усовершенствован за более вековой период применения во многих странах мира: в металлургии, в различ-

ных отраслях машиностроения, в научных исследованиях.

В нашей стране и в странах СНГ, с учетом гармонизации ГОСТов с меж-

дународными стандартами ИСО, действующий ГОСТ 9012-59 (ИСО 6506-81 и

ИСО 410-82) устанавливает метод измерения твердости по Бринеллю металлов с твердостью не более 650 единиц. При этом минимальная величина твердости металла, которую можно измерить по методу Бринелля, соответствует твердо-

сти самого мягкого металла – свинца (при комнатной температуре его твер-

дость составляет четыре единицы по Бринеллю).

Сущность метода заключается во вдавливании шарика (стального закаленного или из твердого сплава) диаметром (мм) в образец металла или в изделие под действием усилия (Н или кгс), приложенного перпен-

14

дикулярно поверхности испытуемого металла, в течение определенного

времени (с), и измерении диаметра сферического отпечатка (мм) на

F – приложенная сила, Н (кгс); D – диаметр шарика, мм; d – диаметр отпечатка, мм; h – глубина отпечатка, мм

Рисунок 2.1 – Схема измерения твердости металлов по Бринеллю

сплава. Величина твердости численно равна отношению приложенного усилия к площади сферического отпечатка (мм2) и рассчитывается по формулам

(2.1) или (2.2):

когда усилие выражается в Н;

когда усилие выражается в кгс.

Из формул (2.1) и (2.2) следует, что площадь сферического отпечатка ,

представляющего собой шаровой сегмент, равна (2.3):

15

где – глубина отпечатка, мм.

Отсюда следует, что глубину отпечатка можно вычислить по формуле

(2.4):

Толщина испытуемого образца (мм) должна не менее чем в 8 раз пре-

вышать глубину отпечатка . Значение определяется по формулам (2.5) или

(2.6) при известных величинах твердости металла или :

Поверхность образца или испытуемого изделия должна быть плоской,

гладкой и свободной от окалины, ржавчины, трещин, раковин, загрязнений,

масла. Обработку поверхности можно проводить чистовым точением (торцева-

нием), чистовым фрезерованием, мелким напильником, шлифованием. При оп-

ределении твердости шариком мм поверхность образца должна быть от-

полирована.

Прибором для измерения твердости является пресс Бринеллю по ГОСТ

23677-79. Для испытаний применяют следующие инденторы: стальные шарики диаметром 10,0; 5,0; 2,5; 2,0; 1,0 мм, которые должны иметь после закалки и низкого отпуска твердость по Виккерсу не менее 850 единиц; шарики из твер-

дого сплава также диаметром 10,0; 5,0; 2,5; 2,0; 1,0 мм, которые должны иметь твердость по Виккерсу не менее 1500 единиц. Применение шариков диаметром

10,0 мм приводит к минимальной погрешности измерения твердости. Если применять шарики меньших диаметров, то полученные величины твердости будут меньше, чем для шариков диаметром 10,0 мм. Так, для сталей и чугунов с твердостью 140 и более единиц по Бринеллю уменьшение величины твердости